El anabolismo autótrofo: la fotosíntesis · 2021. 2. 9. · Metabolismo: fases Fase de...
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El anabolismo autótrofo: la fotosíntesis Víctor M. Gumiel C.E. Luis Vives
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El anabolismo autótrofo:
la fotosíntesis
Víctor M. Gumiel
C.E. Luis Vives
Metabolismo: fases
◼ Fase de degradación: el catabolismo.
Transformación de unas moléculas complejas en
otras más sencillas, obteniendo energía.
En la glucólisis la célula rompe una molécula de
glucosa, obteniendo energía.
◼ Fase de construcción: el anabolismo.
Transformación de moléculas sencillas en
biomoléculas complejas. Se gasta energía.
En la fotosíntesis se sintetizan glúcidos y lípidos a
partir de CO2 y luz solar.
Anabolismo: tipos◼ Para construir moléculas hacen falta CARBONO y ENERGÍA
Anabolismo: vías anabólicas
L a fotosíntesis◼ Es la conversión de energía
luminosa en energía química estable
◼ La captación de la luz se lleva a cabo gracias a unos pigmentos fotosintéticos, localizados en los plastos
◼ Le energía lumínica se emplea para activar electrones, que al incorporarse a una cadena transportadora de electrones provocan la síntesis de ATP, igual que en la mitocondria. Es la fase luminosa.
◼ Este ATP es utilizado para sintetizar macromoléculas a partir de moléculas sencillas. Fase oscura
6 CO2 + 6 H2O + energía de luz → C6H12O6 + 6 O2
La luz: longitudes de onda
◼ Cuando la luz llega a los pigmentos de las
plantas, se convierte en energía química
Los pigmentos fotosintéticos
Fotosíntesis: fases (2)◼ Fase luminosa o fotoquímica: obtención ATP
◼ Fase oscura o biosintética: obtención de macromoléculas
Fotosíntesis: fase luminosa
◼ Aparato fotosintetizador: capta la energía del Sol y la transforma en energía química (ATP).
◼ Compuesto por
1. Fotosistema I
2. Fotosistema II
3. Cadena transportadora de electrones
4. ATP-sintasas
Esta fase consta de dos etapas: la etapa acíclica y la cíclica
Fase luminosa: fotosistemas◼ La energía lumínica captada se emplea para
transportar un electrón a lo largo de la membrana del
tilacoide. Este transporte produce ATP.
Fotosistema I (PS I) Fotosistema II (PS II)
Pigmentos Clorofila a y b (4:1) Clorofila a y b (4:3)
Molécula
diana
Molécula P700 Molécula P680
Aceptor
primario
A0 Feofitina (Pheo)
Dador
primario
Plastocianina (PC) Z
Fase luminosa: etapa acíclica (1/4)El proceso se inicia con la llegada de fotones al fotosistema II. Esto
provocala excitación de su pigmento diana (P680), que pierde
electrones. Estos son captados por la feofitina, y finalmente llegan a
la plastoquinona (Pq). Para reponer los electrones en la P680 se
rompe una molécula de agua.
Fotólisis del agua: H2O → ½ O2 + 2H+ + 2e-
Fase luminosa: etapa acíclica (2/4)
Los dos protones de la molécula de agua se quedan en el interior
del tilacoide. La Pq, al recibir los electrones, se reduce y capta dos
protones del estroma. Al ceder sus electrones al complejo citocromo
b/f introduce los protones en el tilacoide.
Fase luminosa: etapa acíclica (3/4)El incremento de protones en el tilacoide genera un gradiente
electroquímico a ambos lados de la membrana. Según la hipótesis
quimiosmótica de Mitchell, el retorno de protones al estroma se
hace a través de la ATP-sintasa, con lo que se genera energía
Fotofosforilación del ADP: ADP + Pi → ATP
Fase luminosa: etapa acíclica (4/4)
En el fotosistema I, dos fotones activan dos electrones de la P700,
que se los da a la ferrodoxina (fd). Los electrones perdidos por la
P700 son repuestos por los que trae el cit b/f. Los dos electrones se
emplean para reducir una coenzima transportadora.
Fotorreducción del NADP+: NADP+ + 2H+ + 2e-→ NADPH + H+
Fase luminosa: etapa acíclica
Diagrama en ZLa energía captada de la
luz solar provoca una
excitación del electrón, que
incrementa su energía en
ambos fotosistemas.
Como el potencial de
oxidación es mayor que el
de reducción en los
transportadores, el
electrón les va cediendo su
energía progresivamente.
Esta energía se emplea
para bombear protones a
través de la membrana
tilacoidal.
Fase luminosa: balance etapa acíclica1 H2O + 4 fotones + 1,3 (ADP + Pi) → ½ O2 + NADPH+ + H+ + 1,3 ATPs
La energía generada no es suficiente para sintetizar glucosa, por lo que es
necesario completar el proceso con la etapa cíclica
Fase luminosa: etapa cíclicaSolo interviene el fotosistema I. Con la energía solar se activa un electrón
de la P700, que es transportado por la Fd hasta el cit b/f, que introduce
protones al interior del tilacoide durante el proceso. Finalmente, el cit b/f
devuelve el electrón a la P700 del PS I. Los protones vuelve al estroma a
través de la ATP-sintasa, generando energía.
El proceso no
requiere la fotolisis
de agua, ni
provoca la
reducción del
NADP.
Únicamente se
emplea para
obtener un poco
más de energía
Fotosíntesis: fases (2)◼ Fase luminosa o fotoquímica: obtención ATP
◼ Fase oscura o biosintética: obtención de macromoléculas
Fase oscura: el Ciclo de Calvin
◼ Es la síntesis de los
compuestos del
carbono en el estroma
del cloroplasto
◼ No requiere luz
◼ A partir del ATP y el
NADPH + H+ obtenidos
en la fase luminosa, y
con la incorporación de
dióxido de carbono
(CO2) se obtiene
glucosa
Fase oscura: el Ciclo de Calvin
Etapa 1/3: Fijación
◼ El CO2 se une a la
ribulosa 1,5 dP,
dando lugar a un
compuesto inestable
de 6 carbonos, que
se disocia en dos
moléculas de ácido
3-fosfoglicérico
(3C)
Fase oscura: el Ciclo de Calvin
Etapa 2/3: Reducción
◼ Con gasto de ATP y NADPH, el ácido 3-fosfoglicérico se transforma en gliceraldehído 3-P, que puede seguir dos vías:
1. Regeneración de la ribulosa
2. Síntesis de glucosa
Fase oscura: el Ciclo de Calvin
Etapa 3/3: Regeneración
◼ A partir del GA3P se
regenera ribulosa
1,5 dP, tras un
proceso complejo
similar a la ruta de
las pentosas
fosfato*
Fotosíntesis: balance global
6 CO2 + 12 H2O → Glucosa (C6H12O6) + 6 O2 + 6 H2O
Rendimiento: 25%
Fotosíntesis: factores determinantes
Anabolismo: tipos◼ Para construir moléculas hacen falta CARBONO y ENERGÍA
Anabolismo: vías anabólicas
La quimiosíntesis
◼ Quimioautótrofos o quimiolitótrofos: bacterias
◼ Obtienen energía mediante la oxidación de sustancias inorgánicas
◼ Oxidan compuestos del nitrógeno y del azufre, por lo que cierran los ciclos biogeoquímicos.
Quimiosíntesis: fases
1. Oxidación de la materia
inorgánica para obtener
energía (ATP)
2. Obtención de compuestos
orgánicos a partir de
compuestos inorgánicos.
Proceso similar al Ciclo
de Calvin de la
fotosíntesis
La quimiosíntesis: tipos
◼ Bacterias incoloras del azufre
◼ Bacterias del nitrógeno
◼ Bacterias del hierro
◼ Bacterias del hidrógeno
Quimiosíntesis: bacterias incoloras del
azufre
◼ Oxidan compuestos del azufre
◼ Aerobias obligadas
◼ Transforman el ácido sulfhídrico
de la saguas residuales
H2S + ½ O2 → S + H2O + Energía
(50 kcal/mol)
2 S + 3 O2 + 2 H2O → 2 SO4= + 4 H+ + Energía
(119 kcal/mol)
Quimiosíntesis: bacterias del nitrógeno
◼ Transforman el nitrógeno procedente
de la descomposición animal
(amoníaco) en nitrógeno nutritivo
para las plantas (nitratos y nitritos)
◼ Bacterias nitrosificantes
(nitrosomonas)
2 NH3 + 3 O2 → 2 NO2- + 2 H+ + 2 H2O +
Energía
65 kcal/mol
◼ Bacterias nitrificantes (nitrobacter)
NO2- + ½ O2 → NO3
- + Energía
18 kcal/mol
Quimiosíntesis: bacterias del hierro y del
azufre
◼ Bacterias del hierro
Oxidan compuestos
ferrosos a férricos,
obteniendo energía
◼ Bacterias del hidrógeno
Quimioautótrofos
facultativos, pueden usar
el hidrógeno molecular
Organismos fijadores de nitrógeno
◼ Introducen el nitrógeno
molecular en la biosfera
◼ Son bacterias y algas
cianofíceas
◼ Nitrogenasa: hierro y
molibdeno
N2 + (6 e- + 6 H+) → 2 NH3
Azotobacter
Clostridium
Rhizobium
